CN106322812B - 一种冷热水机组 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种冷热水机组，包括制冷压缩机、热水侧换热器、保温储水箱、四通换向阀、空气侧换热器、双向节流装置、空调侧换热器和空调末端装置；制冷压缩机的高压排气口连接四通换向阀的主阀管口，并串联第一电磁阀；四通换向阀的另一主阀管口与制冷压缩机的低压吸气口连接；四通换向阀的剩余两个主阀管口分别连接空气侧换热器和空调侧换热器，空气侧换热器与空调侧换热器之间串联有双向节流装置；热水侧换热器与第二电磁阀串联后，与第一电磁阀并联，且保温储水箱与热水侧换热器串联；空调末端装置连接空调侧换热器。本发明解决了燃煤供暖存在污染和能耗高的问题，提供多种工作模式，实现根据工作模式调节运行频率，降低了整机能耗。

Description

一种冷热水机组

技术领域

本发明实施例涉及热泵系统技术，尤其涉及一种冷热水机组。

背景技术

我国北方供暖季节雾霾严重，其最主要的原因为采用燃煤进行采暖，而采用燃煤进行采暖，存在污染环境，以及能耗高的问题。随着政府煤改电政策的实施以及人们环保意识的提高，高效、节能、环保的热泵系统逐渐被广泛应用至冬季采暖。

所谓热泵系统，就是一种利用人工技术将低温热能转换为高温热能而达到供热效果的机械装置。热泵系统由低温热源(如周围环境的自然空气、地下水、河水、海水、污水等)中吸收较低温热能，然后转换为较高温热能释放至室内空间(或其它区域)内。这种装置即可用作供热采暖设备，又可用作制冷降温设备，从而达到一机两用的目的。热泵机组的能量转换，是利用其压缩机的作用，通过消耗一定的辅助能量(如电能)，在压缩机和换热系统内循环的制冷剂的共同作用下，由环境热源(如水、空气)中吸取较低温热能，然后转换为较高温热能释放至循环介质(如水、空气)中成为高温热源输出。

发明人在实现本发明的过程中发现传统的热泵系统存在如下缺陷：传统的热泵系统功能较单一，无法根据功能需求自动进行功率调节。另外，传统的热泵系统采用三通阀切换进入换热器的采暖用水和生活用水，可能存在两种水混合污染的问题，无法满足采暖热水和生活热水不同水质的需求。采用盘管水箱，在水箱内进行生活热水的制备的方式，虽然可以解决采暖热水和生活热水混合污染的问题，但是，除了在换热器中的一次换热之外，在盘管水箱内还会发生水-水换热，导致采暖器或热泵系统的整体效率降低。除此之外，传统的热泵系统采用一个换热器实现采暖热水和生活热水的制备，不能满足采暖热水和生活热水不同温度的需求。

发明内容

本发明提供一种冷热水机组，以实现根据功能需求自动调节运行频率，达到了节能降耗的效果，还实现了生活热水与采暖热水的完全隔离，达到了满足生活热水与采暖热水不同温度和洁净度的需求。

本发明实施例提供了一种冷热水机组，包括：制冷压缩机、热水侧换热器、保温储水箱、至少两个电磁阀、四通换向阀、空气侧换热器、双向节流装置、空调侧换热器和空调末端装置；

所述制冷压缩机的高压排气口连接四通换向阀的主阀管口，形成高压排气管路，在所述高压排气管路中串联第一电磁阀；

所述四通换向阀的另一主阀管口与所述制冷压缩机的低压吸气口连接，形成低压吸气管路；

所述四通换向阀的剩余两个主阀管口分别连接空气侧换热器和空调侧换热器，其中，所述空气侧换热器与空调侧换热器之间串联有双向节流装置；

所述热水侧换热器与第二电磁阀串联后，与所述高压排气管路上的所述第一电磁阀并联，且所述保温储水箱与热水侧换热器串联，形成热水系统，用于制备生活用热水；

所述空调末端装置连接所述空调侧换热器，用于进行室内空间的温度调节。

进一步地，所述热水系统还包括温度传感器和电磁阀控制器；

所述温度传感器设置于所述保温储水箱上，用于采集所述保温储水箱内热水的温度数据；

所述电磁阀控制器与所述温度传感器电连接，用于获取所述温度传感器采集的温度数据，在所述温度数据超过设定高温阈值时，控制第一电磁阀接通，第二电磁阀关断，以及在所述温度数据低于设定低温阈值时，控制第一电磁阀关断，第二电磁阀接通。

进一步地，所述热水系统还包括第一水泵，所述第一水泵串联在所述热水侧换热器与所述保温储水箱的管路中。

进一步地，所述空调末端装置包括风机盘管、地暖盘管、散热片中的一种或多种的组合。

进一步地，还包括分水器和集水器；

所述空调侧换热器串联第二水泵和分水器，通过分水器分别连接所述风机盘管的进水口、地暖盘管的进水口和散热片的进水口；

所述集水器分别连接所述风机盘管的出水口、地暖盘管的出水口、散热片的出水口和所述空调侧换热器，用于汇集所述风机盘管、地暖盘管和/或散热片中的热水后，输出至所述空调侧换热器。

进一步地，所述集水器与所述空调侧换热器的进水管口之间的集水管路中串联水过滤器。

进一步地，所述双向节流装置为电子膨胀阀。

进一步地，所述热水侧换热器和空调侧换热器为板式换热器。

进一步地，所述制冷压缩机为直流变频压缩机；

在空调侧换热器和热水侧换热器均接通时，所述直流变频压缩机的运行频率范围为a～c；

在空调侧换热器接通，热水侧换热器关断时，所述直流变频压缩机的运行频率范围为a～b；其中，a﹤b﹤c。

本发明实施方案通过将制冷压缩机的高压排气口连接四通换向阀的主阀管口，形成高压排气管路，在高压排气管路中串联第一电磁阀；热水侧换热器与第二电磁阀串联后，与高压排气管路上的第一电磁阀并联，且保温储水箱与热水侧换热器串联，形成热水系统，用于制备生活用热水；空调末端装置连接所述空调侧换热器，用于进行室内空间的温度调节，满足生活用水与空调供水对水温和水质的不同需求。此外，采用压缩式制冷技术结合第一电磁阀和第二电磁阀的接通或关断，提供制冷、制热、制冷热水组合以及制热热水组合等多种工作模式，实现根据工作模式自动进行运行频率调节，在解决燃煤供暖导致的环境污染问题的同时，降低整机能耗的效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的冷热水机组的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的冷热水机组的工作原理示意图；

图3是本发明实施例提供的冷热水机组的工作原理示意图；

图4是本发明实施例提供的冷热水机组的工作原理示意图；

图5是本发明实施例提供的冷热水机组的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种冷热水机组的结构示意图。该冷热水机组包括：

制冷压缩机101、热水侧换热器102、保温储水箱103、至少两个电磁阀、四通换向阀104、空气侧换热器105、双向节流装置106、空调侧换热器107和空调末端装置108。

其中，制冷压缩机101的高压排气口连接四通换向阀104的主阀管口，形成高压排气管路，在所述高压排气管路中串联第一电磁阀109，通过第一电磁阀109的通断实现制冷压缩机101的高压排气口是否直接连通四通换向阀104的主阀管口。

所述四通换向阀104的另一主阀管口与所述制冷压缩机101的低压吸气口连接，形成低压吸气管路。

所述四通换向阀104的剩余两个主阀管口分别连接空气侧换热器105和空调侧换热器107，用于将所述空调侧换热器107和空气侧换热器105分别接入所述高压排气管路和所述低压吸气管路，其中，所述空气侧换热器105与空调侧换热器107之间串联有双向节流装置106。

四通换向阀104在不上电时，接通制冷压缩机101的高压排气管路和空气侧换热器105，以将高温制冷剂输送至空气侧换热器105。并且，接通空调侧换热器107和低压吸气管路，以将低温制冷剂输送回制冷压缩机101，完成制冷过程。四通换向阀104在上电时，接通制冷压缩机101的高压排气口和空调侧换热器107，以将高温制冷剂输送至空调侧换热器107。并且，接通空气侧换热器105和低压吸气管路，以将低温制冷剂输送回制冷压缩机101，完成制热过程。上电于否，四通换向阀104连通状态不同，可以实现不同工作模式的转换。根据功能需求确定将空调侧换热器107接入高压排气管路或低压吸气管路。相应地，将空气侧换热器105接入低压吸气管理或高压排气管路。示例性地，在冷热水机组工作于制冷模式时，将空气侧换热器105接入高压排气管路，相应地，将空调侧换热器107接入低压吸气管路。在冷热水机组工作于制热模式时，将空调侧换热器接入高压排气管路，相应地，将空气侧换热器105接入低压吸气管路。

所述热水侧换热器102与第二电磁阀110串联后，与所述高压排气管路上的所述第一电磁阀109并联，且所述保温储水箱103与热水侧换热器102串联，形成热水系统，用于制备生活用热水。

所述空调末端装置108连接所述空调侧换热器107，用于进行室内空间的温度调节。

在上述冷热水机组中，通过控制第一电磁阀109和第二电磁阀110的接通或关断，可以实现需要制备热水时，将热水侧换热器102接入到制冷压缩机101与四通换向阀104之间，制冷压缩机101以第一功率运行。在不需要制备热水时，切断热水侧换热器102与四通换向阀104的连接，使制冷压缩机101直接连接四通换向阀104，制冷压缩机101以第二功率运行，其中第二功率小于第一功率，实现根据工作模式自动调整运行频率。

进一步地，所述热水系统还包括温度传感器和电磁阀控制器。

所述温度传感器设置于所述保温储水箱上，用于采集所述保温储水箱内热水的温度数据；

所述电磁阀控制器与所述温度传感器电连接，用于获取所述温度传感器采集的温度数据，在所述温度数据超过设定高温阈值时，控制第一电磁阀109接通，第二电磁阀110关断，以及在所述温度数据低于设定低温阈值时，控制第一电磁阀109关断，第二电磁阀110接通。制冷压缩机101根据第一电磁阀109和第二电磁阀110的状态信息，调节自身的运行频率。根据用户的使用习惯，用户使用生活热水的时间相对比较固定，在不使用生活热水的大部分时间内，冷热水机组可以全力满足空调系统的需求，同时制冷压缩机的运行频率上限也相应下降，由于运行频率下降，冷热水机组在不制备热水的工作模式下运行的综合能效得到提升。

进一步地，所述热水系统还包括第一水泵111，所述第一水泵111串联在所述热水侧换热器102与所述保温储水箱103的管路中。

生活用水在热水侧换热器102内与高温制冷剂进行热交换，实现了对生活用水的加热，为一次热交换，避免了盘管水箱的二次换热导致整体能效降低的问题。第一水泵111提供动力将热水泵入保温储水箱103。

保温储水箱103用于储存热水并对其保温，当保温储水箱103的水温达到设定值时，热水侧换热器102由电磁阀控制器控制第二电磁阀110将其切断，不再进行热水制取；当保温储水箱103的水温低于设定值时，热水侧换热器102由电磁阀控制器控制第二电磁阀110将其打开，进行热水制取。

所述热水系统还可以包括手阀120，串联在保温储水箱103的管路中，用于开关保温储水箱103。

进一步地，所述空调末端装置108包括风机盘管112、地暖盘管113、散热片114中的一种或多种的组合。

进一步地，上述冷热水机组还包括分水器115和集水器116。

所述空调侧换热器107串联第二水泵117和分水器115，通过分水器115分别连接所述风机盘管112的进水口、地暖盘管113的进水口和散热片114的进水口。

所述集水器116分别连接所述风机盘管112的出水口、地暖盘管113的出水口、散热片114的出水口和所述空调侧换热器107，用于汇集所述风机盘管112、地暖盘管113和/或散热片114中的热水后，输出至所述空调侧换热器107。

进一步地，所述集水器116与所述空调侧换热器107的进水管口之间的集水管路中串联水过滤器118，实现对进入空调侧换热器107的水进行过滤，滤除空调末端装置108流出的水中可能带有的污垢或锈渣等污染物，避免污染空调侧换热器107的管路。

其中，所述双向节流装置106为电子膨胀阀。

其中，所述热水侧换热器102和空调侧换热器107为板式换热器。

其中，所述制冷压缩机101为直流变频压缩机。

在空调侧换热器107和热水侧换热器102均接通时，所述直流变频压缩机的运行频率范围为a～c；

在空调侧换热器107接通，热水侧换热器102关断时，所述直流变频压缩机的运行频率范围为a～b；其中，a﹤b﹤c。

直流变频压缩机可以实现运行频率的变化，运行的频率范围由热水系统和空调系统的使用情况决定，热水系统和空调系统同时使用时其运行的频率范围的上限较单独使用空调系统时高。根据需求情况进行频率上限的调节可以达到降低能耗的效果。直流变频压缩机也可以采用多个定频压缩机进行替换。

在上述冷热水机组中，制冷压缩机101、热水侧换热器102、第一电磁阀109、第二电磁阀110、四通换向阀104、空气侧换热器105、空调侧换热器107、双向节流装置106和气液分离器119共同构成氟系统，实现外界空气与制冷剂之间的冷(热)量传递。其中，气液分离器119串联在制冷压缩机101的低压吸气管路中。气液分离器119对流入的气态制冷剂与液态制冷剂进行分离，保证流至制冷压缩机101的制冷剂均为气态，保证了冷热水机组中制冷压缩机101工作的安全性与稳定性。

空调侧换热器107、第二水泵117、分水器115、空调末端装置108、集水器116及水过滤器118共同构成空调系统，提供空气调节所需的冷(热)水，空调末端装置108可以作为冷(热)水与空气热交换的桥梁。

由于热水系统包括热水侧换热器102、保温储水箱103和第一水泵111。热水系统和空调系统分别采用不同的换热器，并且热水系统位于氟系统的四通换向阀104前端，空调系统位于氟系统的四通换向阀104后端，实现生活热水与空调供水的完全隔离，满足生活热水和空调供水的不同水质需求。

冷热水机组的系统运行的详细过程如下：

如图2所示，其中以箭头体现制冷剂的流向。在制冷工作模式下，第一电磁阀109打开，第二电磁阀110关闭，四通换向阀104不上电，制冷压缩机101的高压排气口与空气侧换热器105相连，制冷压缩机101的低压吸气口与空调侧换热器107相连。从制冷压缩机101压缩出来的高温气态制冷剂通过四通换向阀104换向，进入空气侧换热器105。通过强制流经空气侧换热器105的空气进行冷凝换热，高温气态制冷剂冷凝成低温液态制冷剂流出空气侧换热器105后，经过双向节流装置106节流，进入空调侧换热器107内。低温液态制冷剂与流经空调侧换热器107内的介质水换热，液态制冷剂由于蒸发作用转换成气态制冷剂，介质水放热降温。若气态制冷剂热量高于介质水热量，则气态制冷剂与介质水之间再次发生热量交换，最终得到与制冷剂的热量相当的低温介质水，将低温介质水输送到空调末端装置108达到制冷的目的。气态和液态混合的制冷剂流出空调侧换热器107后，流入气液分离器119，去除气态制冷剂中混合的液态制冷剂，气态制冷剂流出气液分离器119，流入制冷压缩机101，制冷压缩机101将其压缩为高温气态制冷剂，继续循环上述操作。

如图3所示，其中以箭头体现制冷剂的流向。在制热工作模式下，第一电磁阀109打开，第二电磁阀110关闭，四通换向阀104上电，制冷压缩机101的高压排气口与空调侧换热器107相连，制冷压缩机101的低压吸气口与空气侧换热器105相连。从制冷压缩机101压缩出来的高温气态制冷剂通过四通换向阀104换向，进入空调侧换热器107，与介质水进行热量交换之后，气态制冷剂由于冷凝作用转换成液态制冷剂，介质水吸热升温，若液态制冷剂热量低于介质水热量，则液态制冷剂与介质水之间再次发生热量交换，最终得到与制冷剂的热量相当的高温介质水，将高温介质水输送到空调末端装置108达到制热的目的。气态和液态混合的制冷剂流出空调侧换热器107后，经过双向节流装置106节流，进入空气侧换热器105内，空气侧换热器105作为蒸发器将液态制冷剂蒸发为气态制冷剂，气态制冷剂流出空气侧换热器105，流入气液分离器119，去除气态制冷剂中可能存在的液态制冷剂，气态制冷剂流出气液分离器119，流入制冷压缩机101，制冷压缩机101将其压缩为高温高压的气态制冷剂，继续循环上述操作。

如图4所示，其中以箭头体现制冷剂的流向。在制冷+热水(制冷热水组合)工作模式下，第一电磁阀109关闭，第二电磁阀110打开，四通换向阀104不上电，制冷压缩机101的高压排气口与热水侧换热器102相连，制冷压缩机101的低压吸气口与空调侧换热器107相连。从制冷压缩机101压缩出来的高温气态制冷剂进入热水侧换热器102，与热水侧换热器102中的介质水进行换热，介质水温度升高达到制热水的目的。制备好的热水在第一水泵111的作用下，流入保温储水箱103储存。在气态制冷剂与热水侧换热器102的热交换过程中，可能有部分气态制冷剂放热冷凝成液态制冷剂。进而，气液两相混合的制冷剂流出热水侧换热器102，通过四通换向阀104换向，进入空气侧换热器105，通过强制流经空气侧换热器105的空气进行冷凝换热，高温气态制冷剂放热冷凝成低温液态制冷剂后流出空气侧换热器105，经过双向节流装置106节流，进入空调侧换热器107内，低温液态制冷剂与流经空调侧换热器107内的介质水换热，液态制冷剂由于蒸发作用转换成气态制冷剂，介质水放热降温。若气态制冷剂热量高于介质水热量，则气态制冷剂与介质水之间再次发生热量交换，最终得到与制冷剂的热量相当的低温介质水，将低温介质水输送到空调末端装置108达到制冷的目的。气态和液态混合的制冷剂流出空调侧换热器107后，经过气液分离器119，去除气态制冷剂中的液态制冷剂，气态制冷剂流出气液分离器119，流入制冷压缩机101，制冷压缩机101将其压缩为高温气态制冷剂，继续循环上述操作，达到制冷及制备热水的目的。

如图5所示，其中以箭头体现制冷剂的流向。在制热+热水(制热热水组合)工作模式下，第一电磁阀109打开，第二电磁阀110关闭，四通换向阀104上电，制冷压缩机101的高压排气口与热水侧换热器102相连，制冷压缩机101的低压吸气口与空气侧换热器105相连。从制冷压缩机101压缩出来的高温气态制冷剂进入热水侧换热器102，与热水侧换热器102中的介质水进行换热，介质水温度升高达到制热水的目的。制备好的热水在第一水泵111的作用下，流入保温储水箱103储存。在气态制冷剂与热水侧换热器102的热交换过程中，可能有部分气态制冷剂放热冷凝成液态制冷剂。进而，气液两相混合的制冷剂流出热水侧换热器102，通过四通换向阀104换向，进入空调侧换热器107，与介质水进行冷凝换热之后，气态制冷剂由于冷凝作用转换成液态制冷剂，介质水吸热升温，若液态制冷剂热量低于介质水热量，则液态制冷剂与介质水之间再次发生热量交换，最终得到与制冷剂的热量相当的高温介质水，将高温介质水输送到空调末端装置108达到制热的目的。气态和液态混合的制冷剂流出空调侧换热器107后，经过双向节流装置106节流，进入空气侧换热器105内，空气侧换热器105作为蒸发器将液态制冷剂蒸发为气态制冷剂，气态制冷剂流出空气侧换热器105，流入气液分离器119，去除气态制冷剂中可能存在的液态制冷剂，气态制冷剂流出气液分离器119，流入制冷压缩机101，制冷压缩机101将其压缩为高温高压的气态制冷剂，继续循环上述操作，达到制热及制备热水的目的。

本发明实施方案通过将制冷压缩机的高压排气口连接四通换向阀的主阀管口，形成高压排气管路，在高压排气管路中串联第一电磁阀；热水侧换热器与第二电磁阀串联后，与高压排气管路上的第一电磁阀并联，且保温储水箱与热水侧换热器串联，形成热水系统，用于制备生活用热水；空调末端装置连接所述空调侧换热器，用于进行室内空间的温度调节，满足生活用水与空调供水对水温和水质的不同需求。此外，采用压缩式制冷技术结合第一电磁阀和第二电磁阀的接通或关断，提供制冷、制热、制冷热水组合以及制热热水组合等多种工作模式，实现根据工作模式自动进行运行频率调节，在解决燃煤供暖导致的环境污染问题的同时，降低整机能耗的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种冷热水机组，其特征在于，包括：制冷压缩机、热水侧换热器、保温储水箱、至少两个电磁阀、四通换向阀、空气侧换热器、双向节流装置、空调侧换热器和空调末端装置；

所述制冷压缩机的高压排气口连接四通换向阀的主阀管口，形成高压排气管路，在所述高压排气管路中串联第一电磁阀；

所述四通换向阀的另一主阀管口与所述制冷压缩机的低压吸气口连接，形成低压吸气管路；

所述四通换向阀的剩余两个主阀管口分别连接空气侧换热器和空调侧换热器，其中，所述空气侧换热器与空调侧换热器之间串联有双向节流装置；

所述热水侧换热器与第二电磁阀串联后，与所述高压排气管路上的所述第一电磁阀并联，且所述保温储水箱与热水侧换热器串联，形成热水系统，用于制备生活用热水；

所述空调末端装置连接所述空调侧换热器，用于进行室内空间的温度调节；

所述热水系统还包括温度传感器和电磁阀控制器；

所述温度传感器设置于所述保温储水箱上，用于采集所述保温储水箱内热水的温度数据；

所述电磁阀控制器与所述温度传感器电连接，用于获取所述温度传感器采集的温度数据，在所述温度数据超过设定高温阈值时，控制第一电磁阀接通，第二电磁阀关断，以及在所述温度数据低于设定低温阈值时，控制第一电磁阀关断，第二电磁阀接通；

所述制冷压缩机根据第一电磁阀和第二电磁阀的状态信息，调节自身的运行频率。

2.根据权利要求1所述的冷热水机组，其特征在于，所述热水系统还包括第一水泵，所述第一水泵串联在所述热水侧换热器与所述保温储水箱的管路中。

3.根据权利要求1所述的冷热水机组，其特征在于，所述空调末端装置包括风机盘管、地暖盘管、散热片中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求3所述的冷热水机组，其特征在于，还包括分水器和集水器；

所述空调侧换热器串联第二水泵和分水器，通过分水器分别连接所述风机盘管的进水口、地暖盘管的进水口和散热片的进水口；

所述集水器分别连接所述风机盘管的出水口、地暖盘管的出水口、散热片的出水口和所述空调侧换热器，用于汇集所述风机盘管、地暖盘管和/或散热片中的热水后，输出至所述空调侧换热器。

5.根据权利要求4所述的冷热水机组，其特征在于，所述集水器与所述空调侧换热器的进水管口之间的集水管路中串联水过滤器。

6.根据权利要求1所述的冷热水机组，其特征在于，所述双向节流装置为电子膨胀阀。

7.根据权利要求1所述的冷热水机组，其特征在于，所述热水侧换热器和空调侧换热器为板式换热器。

8.根据权利要求1所述的冷热水机组，其特征在于，所述制冷压缩机为直流变频压缩机；

在空调侧换热器和热水侧换热器均接通时，所述直流变频压缩机的运行频率范围为a～c；

在空调侧换热器接通，热水侧换热器关断时，所述直流变频压缩机的运行频率范围为a～b；其中，a﹤b﹤c。